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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流晶体二极管的分类.精品文档.晶体二极管的分类 摘自:贴子发表于：2005-11-16 19:02:01一、根据构造分类半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型，也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内，根据PN结构造面的特点，把晶体二极管分类如下： 1、点接触型二极管点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。因此，其PN结的静电容量小，适用于高频电路。但是，与面结型相比较，点接触型二极管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大电流和整流。因为构造简单，所以价格便宜
2、。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言，它是应用范围较广的类型。2、键型二极管键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较，虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加，但正向特性特别优良。多作开关用，有时也被应用于检波和电源整流（不大于50mA）。在键型二极管中，熔接金丝的二极管有时被称金键型，熔接银丝的二极管有时被称为银键型。3、合金型二极管在N型锗或硅的单晶片上，通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小，适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大，所以不适于高频检波和高频整流。4、扩散型二极
3、管在高温的P型杂质气体中，加热N型锗或硅的单晶片，使单晶片表面的一部变成P型，以此法PN结。因PN结正向电压降小，适用于大电流整流。最近，使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。5、台面型二极管PN结的制作方法虽然与扩散型相同，但是，只保留PN结及其必要的部分，把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形，因而得名。初期生产的台面型，是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此，又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说，似乎大电流整流用的产品型号很少，而小电流开关用的产品型号却很多。6、平面型二极管在半导体单晶片（主要地是N型硅单晶片）上，扩散P型杂质，利用硅片表面氧化膜的
4、屏蔽作用，在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此，不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整，故而得名。并且，PN结合的表面，因被氧化膜覆盖，所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初，对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的，故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言，似乎使用于大电流整流用的型号很少，而作小电流开关用的型号则很多。7、合金扩散型二极管它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质，就能与合金一起过扩散，以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。 8、外延型
5、二极管用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布，故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。9、肖特基二极管基本原理是：在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是：开关速度非常快：反向恢复时间trr特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。二、根据用途分类1、检波用二极管就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达
6、400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。2、整流用二极管就原理而言，从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型，工作频率小于KHz，最高反向电压从25伏至3000伏分AX共22档。分类如下：硅半导体整流二极管2CZ型、硅桥式整流器QL型、用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。3、限幅用二极管大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用
7、和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售：依据限制电压需要，把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。4、调制用二极管通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途，但它们通常是直接作为调频用。5、混频用二极管使用二极管混频方式时，在50010,000Hz的频率范围内，多采用肖特基型和点接触型二极管。6、放大用二极管用二极管放大，大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大，以及用变容二极管的参量放大。因此，放大用二极管通常是指隧道二
8、极管、体效应二极管和变容二极管。7、开关用二极管有在小电流下（10mA程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管，也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短，因而是理想的开关二极管。2AK型点接触为中速开关电路用；2CK型平面接触为高速开关电路用；用于开关、限幅、钳位或检波等电路；肖特基（SBD）硅大电流开关，正向压降小，速度快、效率高。8、变容二极管 用于自动频率控制（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向
9、电压， 使其PN结的静电容量发生变化。因此，被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常，虽然是采用硅的扩散型二极管，但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。9、频率倍增用二极管对二极管的频率倍增作用而言，有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃（即急变）二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器，可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同，但电抗器的构造
10、却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管，从导通切换到关闭时的反向恢复时间trr短，因此，其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波，那么，因tt（转移时间）短，所以输出波形急骤地被夹断，故能产生很多高频谐波。10、稳压二极管是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压（又称齐纳电压）从3V左右到150V，按每隔10%，能划分成许多等级。在功率方面，也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状态，硅材料制作，动态电阻RZ很小，一般为2CW型；将两
11、个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。11、PIN型二极管（PIN Diode）这是在P区和N区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。PIN中的I是本征意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz时，由于少数载流子的存贮效应和本征层中的渡越时间效应，其二极管失去整流作用而变成阻抗元件，并且，其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时，本征区的阻抗很高；在直流正向偏置时，由于载流子注入本征区，而使本征区呈现出低阻抗状态。因此，可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。12、 雪崩二极管 (Ava
12、lanche Diode)它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的：利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。13、江崎二极管 （Tunnel Diode）它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其P型区的N型区是高掺杂的（即高浓度杂质的）。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件：费米能级位于导带和满带内；空间电荷层宽度必须
13、很窄（0.01微米以下）；简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比（IPPV），其中，下标P代表峰；而下标V代表谷。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫米波段），也可以被应用于高速开关电路中。14、快速关断（阶跃恢复）二极管 (Step Recovary Diode)它也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是：在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区，从而形成自助电场。由于PN结在正向偏压下，以少数载流子导电，并在PN结附近具有电荷存贮效应，使其反向电流需要经历一个存贮时间后才能降至最小
14、值（反向饱和电流值）。阶跃恢复二极管的自助电场缩短了存贮时间，使反向电流快速截止，并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断（阶跃恢复）二极管用于脉冲和高次谐波电路中。15、肖特基二极管 （Schottky Barrier Diode）它是具有肖特基特性的金属半导体结的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和
15、快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属绝缘体半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。16、阻尼二极管具有较高的反向工作电压和峰值电流，正向压降小，高频高压整流二极管，用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。17、瞬变电压抑制二极管TVP管，对电路进行快速过压保护，分双极型和单极型两种，按峰值功率（500W5000W）和电压（8.2V200V）分类。18、双基极二极管（单结晶体管）两个基极，一个发射极的三端负阻器件，用于张驰振荡电路，定时电压读出电路中，它具有频率易调、温度稳定性好等优点。19、发光二极管用磷化镓、磷砷化镓材料制成，体积小，正向驱动发光
16、。工作电压低，工作电流小，发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。三、根据特性分类 点接触型二极管，按正向和反向特性分类如下。1、一般用点接触型二极管 这种二极管正如标题所说的那样，通常被使用于检波和整流电路中，是正向和反向特性既不特别好，也不特别坏的中间产品。如：SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。2、高反向耐压点接触型二极管是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中，有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管，其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。3、高反向电阻点接触
17、型二极管正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高，但反向电流小，因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中，就锗材料高反向电阻型二极管而言，SD54、1N54A等等属于这类二极管。4、高传导点接触型二极管它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差，但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言，有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言，能够得到更优良的特性。这类二极管，在负荷电阻特别低的情况下，整流效率较高。光电二极管日期：2006-05-02来源： 作者：字体：大 中 小 随着科学技术的发展，在信号传输和存储等环节中，越来越多地有效地
18、应用光信号。采用光电子系统的突出优点是，抗干扰能力较强、传送信息量大、传输耗损小且工作可靠。光电二极管是光电子系统的电子器件。光电二极管的结构与PN结二极管类似，管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。图(a)是光电二极管的代表符号，图(b)是它的等效电路，而图(c)则是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是，它的反向电流与照度成正比，其灵敏度的典型值为0.1mA/lx数量级。(a)代表符号（b)等效电路(c)等效曲线阅读： 次录入：gddq【 推荐 】 【 打印 】 上一篇：稳压管及其稳压特性下一篇：LED的照明术语 相关
19、文章 本文评论 全部评论 发表评论 窗体顶端光电二极管 开放分类： 二极管、电子元件光电二极管英文通常称为 Photo-Diode概述光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度
20、越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 检测方法电阻测量法用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10k左右。在无光照情况下，反向电阻为时，这管子是好的(反向电阻不是时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几k或1k以下，则管子是好的；若反向电阻都是或为零，则管子是坏的。电压测量法用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0204V。短路电流测量法用万用表50A档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照
21、增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百A。在实际工作中，有时需要区别是红外发光二极管，还是红外光电二极管(或者是光电三极管)。其方法是：若管子都是透明树脂封装，则可以从管芯安装外来区别。红外发光二极管管芯下有一个浅盘，而光电二极管和光电三极管则没有；若管子尺寸过小或黑色树脂封装的，则可用万用表(置1k挡) 来测量电阻。用手捏住管子(不让管子受光照)，正向电阻为20-40k，而反向电阻大于200k的是红外发光二极管；正反向电阻都接近的是光电三极管；正向电阻在10k左右，反向电阻接近的是光电二极管。如果您认为本词条还有待完善，需要补充新内容或修改错误内容，请 编辑词条光电二极管的基本工作原
22、理解：光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流
23、叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。光电二极管工作原理及类型2006-10-31 13:24来源：中国电子元器件网 评论 大 中 小光电二极管是一种光电变换器件，其基本原理是光照到PN结上时，吸收光能转变为电能。它有两种工作状态：当光电二极管上加有反向电压时，管子中的反向电流将随光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数情况都工作在这种状态。光电二极管上不加电压，利用PN结在受光照射时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态一般作光电检测器。光电二极管有4种类型：即PN结型(也称PD)、PIN结型、雪崩型和肖特
24、基结型。用得最多的是用硅材料制成的PN结型，它的价格也最便宜。其他几种响应速度高，主要用于光纤通信及计算机信息传输。这里仅介绍硅P-N结光电二极管。光敏三极管工作原理 光敏二极管原理作者：本站来源：发布时间：2007-12-22 10:14:18减小字体增大字体光敏二极管原理光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。 一、光敏二极管 1结构特点与符号 光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。 光敏二极管在电路中的符号如图Z0129 所示。光敏二极管使用时要反向接入电路中
25、，即正极接电源负极，负极接电源正极。 2光电转换原理 根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面， 就会在结电场作用下，被拉向N
26、区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管工作原理 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。其结构
27、及符号如图Z0130所示。三、光敏二极管的两种工作状态光敏二极管又称光电二极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。它具有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，一般作光电检测器。光敏二极管分有P-N结型、PIN结型、雪崩型和肖特基结型，其中用得最多的是P-N结型，价格便宜。光信号放大和开关电路 返回上一页 打 印 收 藏窗体底端LED的照明术语日期：
28、2006-06-24来源：网络收集 作者：佚名字体：大 中 小 1.光通量 (Luminous flux,)单位为：流明 (lumen, lm)由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。 2.光强度 (luminous intensity, I )光源在某一方向立体角内之光通量大小。单位：坎德拉 (candela, cd) 3.照度 (Illuminance, E)单位：勒克斯 (Lux, lx)照度是光通量与被照面之比值。1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。 4.辉度 (Luminance, L)单位：坎德拉每平方米 (cd/)一光源或一被照面之
29、辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。阅读： 次录入：gddq光电池 开放分类： 高科技、太阳能光电池1.是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。光电池的种类很多，常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。太阳能电池作为能源广泛应用在人造地卫星、灯塔、无人气象站等处2.光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。光电池是太阳能电力系统内部的一个组成部分，太阳能电力系统在替代现在的电
30、力能源方面正有着越来越重要的地位。最早的光电池是用掺杂的氧化硅来制作的，掺杂的目的是为了影响电子或空穴的行为。其它的材料，例如CIS，CdTe和GaAs，也已经被开发用来作为光电池的材料。有二种基本类型的半导体材料，分别叫做正电型（或P型态）和负电型（或N型态）。在一个PV电池中，这些材料的薄片被一起放置，而且他们之间的实际交界叫做P-N节。通过这种结构方式，P-N节暴露于可见光，红外光或紫外线下，当射线照射到P-N节的时候，在P-N节的两侧产生电压，这样连接到P型材料和N型材料上的电极之间就会有电流通过。一套PV电池能被一起连接形成太阳的模组，行列或面板。用来产生可用电能的PV电池就是光电伏
31、特计。光电伏特计的主要优点之一是没有污染，只需要装置和阳光就可工作。另外的一个优点是太阳能是无限的。一旦光电伏特计系统被安装，它能提供在数年内提供能量而不需要花费，并且只需要最小的维护。光电池也叫太阳能电池，直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。1839年，安托石-贝克雷尔制造出了最早的光电池。贝克雷尔电池是一个圆柱体，内装硝酸铅溶液，溶液中进入一个铅阳极和一个氧化铜阴极。这种电池一经阳光照射，就会供给电流。1875年，德国技师维尔纳-西门子是制成第一个硒光电池，并提议用于光量测定。西门子的光电池是根据1873年英国人史密斯发现的“内光电效应
32、”提出的。L.H.亚当斯于1876年指出，硒在光的作用下，不仅出现电阻的变化，而且在一定条件下还出现电动势，从而发现了“阻挡层效应”。阻挡层效应则成了光电池的基本原理。光电池被广泛地用于自动控制技术、信息电子学和测量技术。这些元件的性能约自1950年起，因半导体技术的发展而得到显著改善。如果您认为本词条还有待完善，需要补充新内容或修改错误内容，请 编辑词条“八面玲珑展威风” 对我国太阳能光电成本降低的巨大影响 王亦楠 发改委能源局CRESP项目管理办公室 2005-12-06-论一种新的“采用数倍聚光的光伏发电系统”对我国太阳能光电成本降低的巨大影响 引文： “采用数倍聚光的光伏发电系统”是由
33、去年回国的剑桥大学应用物理学家、现为中国科技大学和中科院理论物理所特聘研究员的陈应天教授，在他独创的新的光学聚焦与跟踪理论的诸多应用下的重要发明之一。这个新的光学聚焦与跟踪理论，已经在国际上引起强烈反响（以色列著名太阳能专家特拉维夫大学Kribus教授评论“这是在一个多年几乎没有进展的光学基础领域中的第一个突破”），而理论的突破将带来诸多适用光学的技术应用领域的突破，如大型望远镜、新型雷达、激光并束、超精瞄准及变焦照相机、太阳能聚光等等，而太阳能方面又可以有太阳能光伏发电、太阳能热发电、太阳炉（产生3500度高温）、太阳灶（用于炊事）等多项技术发明或重大改进。笔者从今年5月以来，一直关注着“采
34、用数倍聚光的光伏发电系统”新技术的进展，在不到一年的时间里，该项新技术经过了原理的论证、实验室试验、样机的研制、样机的改进（提高可靠性并降低成本）、样机的示范运行五个阶段。到目前为止，安装在中科院理论物理所楼顶的两台样机（每台峰值功率150W）已经成功地在安徽和北京两地连续运行了四个多月的时间，期间经历了酷热、阴雨、大风、低温等季节考验，一直在稳定可靠的运行。目前，安徽应天新能源公司正在建设1万瓦的独立太阳能光伏电站，将太阳能作为公司新厂区的重要供电来源之一（见附图照片）。 笔者欣喜地看到，这项新技术将突破我国太阳能光伏发电成本居高不下的障碍，其应用推广将使我国的太阳能光电发展走在世界前列，更
35、难能可贵的是，这是我国完全具有自主知识产权的新技术。因此，笔者将此文命题为“八面玲珑显威风”。本文将以详实的数据分析这种新的光伏发电系统的特点以及对我国太阳能光电成本降低的巨大影响。 一、什么是“采用数倍聚光的光伏发电系统”？1、采用数倍聚光的光伏发电系统的主要功能和特点 图1即是目前安装在中科院理论物理所楼顶示范运行的两台采用数倍聚光的光伏发电装置的照片，每台发电装置的峰值功率150W，如同镶嵌着18颗钻石，在阳光下熠熠生辉，而“绿色的”电流则源源不断的流出，最大发电电流可以达到16A。其实，每颗“钻石”是由一个普通的单晶硅光伏电池和一个八面体反射镜围成的光漏斗组成（见图1照片）。八面体的光
36、漏斗的作用在于，将太阳光通过平面反射的方法折叠并聚集起来，形成4倍的太阳光强并均匀地照在光漏斗底部的硅光伏电池上。这样，在一个太阳光强照射下峰值功率仅为2.2W的每个光伏电池的实际功率则提高到4倍即8.8W左右，18颗“钻石”串联起来，一个太阳光强下峰值功率仅为39W的光伏电池组的峰值输出功率提高到了150W（其并非严格的4倍是因为存在一些反射、折射损失）。因此，与传统的平板固定式光伏发电系统相比，新的“采用数倍聚光的光伏发电系统”可以在同样的发电功率等级条件下，节省3/4的硅电池；或者说在使用同样数量的硅光伏电池的条件下，可以将实际输出功率增加到4倍。 2、国外采用数倍聚光的尝试为什么没有推
37、广开来？ 专家们已经研究发现，硅光伏电池在一个太阳光强下使用实际上是大材小用，因为光伏电池可以承受更高的光强，发出的电流成比例增加而又不至于影响光伏电池寿命。通过聚光提高太阳能发电的效益，国外已经有过一些工业化尝试。比如利用菲涅尔透镜实现37倍的聚光，但由于透射聚光的光强均匀性较差、且特制透镜成本降低的速度赶不上高反射率的平面镜，国外开始尝试通过反射实现聚光，比如德国ZSW公司发明了V型聚光器实现了2倍聚光，美国的Falbel发明了四面体的聚光器实现了2.36倍聚光。尽管实现2倍聚光也可以节省50%的光伏电池，但是相对于聚光器所增加的成本，总体的经济效益并不明显。 尽管反射聚光具有均匀性好的特
38、点，但是如何利用反射方法以较低的成本实现3倍以上的聚光一直是国外没有成功解决的问题，因此依靠传统的反射方法在普通光伏电池上实现数倍聚光的光伏发电系统未能得到广泛应用。而在陈应天教授所独创的新的光学聚焦与跟踪理论的诸多应用中，其中的一个重要实践便是突破传统反射法所遇到的障碍，开发出一种低成本、高聚光比的反射聚光器。 3、李政道：这个新的“采用数倍聚光的光电系统”是理论与实践的完美结合！根据新的聚光和跟踪理论，陈应天、何祚庥等人发明了一种由八面体反射镜组成的聚光器，也称为“光漏斗”。光漏斗的高度、倾角均按照陈应天的新的聚光理论而设计，最高聚光比可以达到7倍。但是，目前示范运行的样机仅仅按照4倍聚光
39、比而设计，这是考虑到普通光伏电池本身在高倍太阳光强下的散热问题，实现7倍的聚光需要采用一套水冷系统，不仅使光伏发电系统的应用环境受到限制，而且势必增加成本，因此，仔细比较了各种聚光倍数下光伏发电系统的性价比后，确定利用这个光漏斗实现45倍的聚光是比较现实的方案，仅仅依靠自然冷却，光伏电池就能很好地工作。此外，利用新的光学跟踪理论，发明者设计了一个成本低且机械简单可靠的跟踪装置，日跟踪是系统按照时钟自动调节，而年跟踪采用手动调节（平均一星期调整一次即可）。为了同传统的平板固定式光伏发电系统的性能进行比较，安徽应天新能源公司对“平板固定式”和“数倍聚光式”两种发电系统进行了长期的同等工作条件下的测
40、试，并同时进行全自动的记录以取得可靠的数据。实测表明，采用数倍聚光的光伏发电系统成功实现了4倍的功率输出，而光伏电池的温度即使在今年夏季最炎热的季节里，也没有超过50C（完全在光伏电池本身的正常工作范围内）。安徽应天新能源公司推出的新的采用数倍聚光的光伏发电系统，从聚光到跟踪，尽管新理论的数学计算相当繁复，但是复杂的理论带来的却是廉价、可靠、高效的聚光和跟踪装置，难怪李政道先生在参观了中科院理论物理所楼顶的两台示范运行的发电系统后，兴奋的指出“这是理论与实践完美结合的成果”（见图2）。二、传统的平板固定式光伏发电系统与新的数倍聚光式光伏发电系统的经济性比较 任何一个新的技术发明，如果要大规模推
41、广应用，其前提应该是具有更好的性价比。那么，建立在新的聚光与跟踪理论基础上的“采用数倍聚光的光伏发电系统”，与传统的平板固定式光伏发电系统相比，其经济性如何呢？这是不能不回答的关键问题。下面，我们从两种发电技术建设光伏电站所需要的初投资、在寿命期内所产生的发电量进行和单位度电的成本这三个方面进行对比和分析。 1、光伏发电并网系统的初投资比较 （1）传统的“平板固定式光伏发电系统”的初投资 根据世界自然基金会资助的研究课题可再生能源发电上网成本及电价研究及政策建议，传统的平板固定式光伏发电并网系统每个kW的初投资为5万元（2006年），具体成本构成见表1。表1 平板固定式光伏发电并网系统每个kW
42、的初投资构成 编号 项目 投资（万元） 比例（%） 1 前期费用和可行性研究 0.25 5 2 太阳能电池（含支架） 3.5 70 3 并网逆变器 0.4 8 4 变压器、配电测量及电缆等 0.3 6 5 设备运输 0.2 4 6 安装调制 0.2 4 7 税金及其他 0.15 3 8 合计 5.0 100 （2）新的“采用数倍聚光的光伏发电系统”的初投资 在表1中的各项成本中，数倍聚光式光伏发电系统和平板固定式光伏发电系统除了在第2项即“太阳能电池（含支架）”有显著不同外，其余6项都是一样的，而第2项的成本在系统初投资占有70%的高比重。因此，我们重点比较第2项的成本差异。与传统的平板固定式
43、光伏发电系统相比，“采用数倍聚光的光伏发电系统”减少了太阳能电池的成本，增加了聚光（光漏斗）和跟踪（电机驱动机构等）的成本。我们将根据当前安徽应天新能源公司的实际生产数据来考察这一成本的变化。1）所用太阳能电池的成本 由于采用了4倍的聚光比，“采用数倍聚光的光伏发电系统”可以在同样发电功率下节省3/4的硅光伏电池，因此，“采用数倍聚光的光伏发电系统”每个kW所用的太阳能光伏电池的成本为：3.5万1/40.875万元（由此可见太阳能电池的费用大大降低！） 2）实现聚光和跟踪的成本 根据安徽应天新能源公司目前已经做好的二十多台样机的实际成本数据，每台峰值功率为150W的发电装置中，由于聚光和跟踪所
44、增加的成本为2400元，相当于每个kW的聚光跟踪成本为1.6万元（请注意，这是没有实现自动化、大规模生产的成本数据！）。如果实现了全自动化的生产线后，每个kW的聚光跟踪成本可以下降到1.1万元。上述两项合计，我们可以得出，“采用数倍聚光的光伏发电系统”在表1中的第2项成本为： 0.875万元/kW1.6万元/kW2.475万元/kW2.5万元/kW（目前半自动化生产条件下） 0.875万元/kW1.1万元/kW1.975万元/kW2.0万元/kW（实现全自动化生产条件下） 参照表1，我们可以给出实现规模化生产前后，新的采用数倍聚光式光伏发电并网系统的每kW的初投资构成表，分别见表2和表3。 表
45、2 当前样机生产下“采用数倍聚光技术式光伏发电并网系统”每个kW的初投资构成 编号 项目 投资（万元） 比例（%） 1 前期费用和可行性研究 0.25 6 2 太阳能电池（含支架） 2.5* 62 3 并网逆变器 0.4 10 4 变压器、配电测量及电缆等 0.3 8 5 设备运输 0.2 5 6 安装调制 0.2 5 7 税金及其他 0.15 4 8 合计 4.0* 100 表3 实现大规模生产后“采用数倍聚光技术式光伏发电并网系统”每个kW的初投资构成 编号 项目 投资（万元） 比例（%） 1 前期费用和可行性研究 0.25 7 2 太阳能电池（含支架） 2.0* 57 3 并网逆变器 0
46、.4 11 4 变压器、配电测量及电缆等 0.3 9 5 设备运输 0.2 6 6 安装调制 0.2 6 7 税金及其他 0.15 4 8 合计 3.5* 100 注：请注意带*数字与表1的不同 对比表1和表2、表3，可以发现： 采用新的数倍聚光的光伏发电技术之后，即使在目前半自动化、小批量样机生产条件下，光伏并网系统的单位kW的初投资也比传统的平板固定式光电技术节省1万元，相当于节省20%的初投资！而在实现全自动化、大规模生产之后，每个kW的初投资会节省1.5万元，相当于节省30%的初投资！ 2、光伏发电系统在使用寿命期限内的总发电量比较 通常，人们习惯用峰值功率来判定系统的规格，其实，对于大型太阳能光伏电站的设计，由于跟踪技术和选址技巧的不同，即使在相同的峰值功率的情况下，不同设计所导致的年总发电量可以有极大差别。而系统年总发电量的多少，直接关系着太阳能光伏电站经济效益的好坏。因此，对于大型光伏电站设计的评价，我们不仅要看系统所能达到的峰值功率，更重要的是看系统年总发电量能够达到什么水平，这才是考核不同技术路线优劣的关键指标！我们将按照内蒙古鄂尔多